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随着人类社会文明的快速发展,能源问题逐渐升级,新型能源的开发及能源存储问题成为当务之急,其中电能的存储尤为重要。超级电容器(Supercapacitor)作为一种新型储能元件,具有制备成本低、充放电速度快、电荷转移能力强及安全环保等优点,广泛应用于民用和军事领域。根据超级电容器的储能原理,超级电容器可分为双电层电容器和赝电容电容器两类,电极材料是高性能超级电容器的关键。由于双电层电容器是通过其双电层结构进行电荷存储,因此大的比表面积对其电化学性能的提升有着重大意义;赝电容电容器主要是由其内部发生的可逆的氧化还原反应进行电荷存储,所以需要其电极材料中含有可发生可逆氧化还原反应的物质;除此之外,好的倍率性能和循环稳定性也是超级电容器性能的关键,需要电极具有良好的导电性。炭材料具有较大的比表面积和良好的导电性,是现今超级电容器的主要电极材料,因此,制备具有高的比表面积、适当孔结构、良好导电性且兼具双电层电容和赝电容的炭基电极材料对提高电容器的性能具有重要意义。金属有机骨架(metal-organic frameworks,MOFs)材料是一种具有超高孔隙率和巨大比表面积的多孔材料,具有丰富的微/介孔结构,同时含有多种过渡金属元素,可作为前驱体制备具有多孔结构的炭材料以及炭/过渡金属氧化物复合材料。作为新兴材料的石墨烯具有着优异的导电能力和大的比表面积,将其与多孔碳复合能够大大提高电极材料的导电性,这对提高超级电容器的倍率性能具有重要作用。基于上述思路,我们选择了MIL-53(Al)和MIL-88(Fe)两种MOFs结构,将其作为前驱体,通过煅烧、酸洗、活化等技术手段制得了具有丰富孔结构的多孔炭材料以及Fe2O3/多孔炭的复合材料,用作超级电容器的电极材料,表现了良好的电化学储能性能;以氧化石墨烯为前驱体,采用原位制备方法制备了MIL-53(Al)/还原氧化石墨烯的复合物,采取煅烧、酸洗的方法多孔炭/石墨烯的复合材料,将其用作超级电容器电极材料,表现了良好的电化学储能性能。1.以硝酸铝、对苯二甲酸和氢氧化锂为原料,水热法制备得到MIL-53(Al)前驱体,经过煅烧、酸洗和KOH活化的方法得到多孔炭材料。该材料具有丰富的微介孔结构,比表面积高达963 m2g-1,将其作为超级电容器电极材料,以6M KOH为电解液的三电极体系测试其比容量,在50 mA/g的电流密度下,其比电容达到180 F/g。2.以硝酸铝、对苯二甲酸、氢氧化锂和氧化石墨烯为原料,水热法原位制备得到MIL-53(Al)/还原氧化石墨烯的复合物,将所得复合物经过煅烧、酸洗、KOH活化,得到多孔炭/石墨烯的复合材料。当考察了氧化石墨烯和硝酸铝、对苯二甲酸、氢氧化锂的投料比对多孔炭/石墨烯的比表面积的影响,当氧化石墨烯的最佳投料比为0.3 wt%时,所制备的多孔炭/石墨烯复合材料比表面最高,可达1268 m2 g-1。多孔炭/石墨烯复合材料比单一的多孔炭材料具有更好的导电性。将多孔炭/石墨烯复合材料作为超级电容器的电极材料,以6M KOH为电解液的三电极体系测试其比容量,在50 mA/g的电流密度下,其比电容达到247 F/g,大于单一多孔炭材料180 F/g的比容量。3.通过水热法制备得到MIL-88(Fe),以其为前驱体,氮气气氛下一步煅烧得到Fe2O3/多孔炭(Fe2O3/C)复合材料。将该材料作为超级电容器电极材料,在6M KOH为电解液的三电极体系测试其比容量,在50 m A/g的电流密度下,其比电容达到107 F/g。通过分析,发现前驱体的孔结构对炭基复合材料的电化学性能有着重大影响,具有多级孔结构的前驱体是最佳选择。